机载电子设备-第二章_飞行状态参数测量2

1、第二章 飞行状态参数测量2012 . 10 2主要内容o 概述o 飞行高度测量o 飞行速度测量o 迎角和侧滑角测量o 大气数据计算机3纵轴：飞行方向及飞机推力和阻力作用方向；纵轴：飞行方向及飞机推力和阻力作用方向；横轴：飞机测滑或横向力作用方向；横轴：飞机测滑或横向力作用方向；垂直轴：飞机升力和重力作用方向。垂直轴：飞机升力和重力作用方向。 飞机（右手）坐标系垂直(法向)轴Y纵轴X横轴Z上升下沉侧滑向前运动偏航俯仰横滚4飞机的XY平面迎角迎角地速地速空速空速俯仰角俯仰角5飞机的XZ平面侧滑角侧滑角倾斜角倾斜角侧滑侧滑速度速度升降升降速度速度62.1 飞行速度的种类（1） 飞行速度指飞机在所选坐

2、标系内运动时，沿其重心运动轨迹切线方向的速度。o 飞机相对地球坐标系的运动速度n地速 ：飞机相对地平面运动的速度。n升降（垂直）速度 ：飞机沿水平地垂线方向运动的速度分量。yv72.1 飞行速度的种类（2）o 飞机相对空气的运动速度n 空速 ：飞机在相对气流的运动速度。n 测滑速度 ：飞机在垂直截面YZ内横轴Z相对气流的运动速度。vzv8飞机的YZ平面航向角航向角偏偏流流角角风速风速风向角风向角地速地速空速空速92.1.2 飞行状态的角度参量o 俯仰角 ：飞机纵轴与地平面的夹角。o 倾斜角 ：飞机横轴与地平面的夹角。o 航向角 ：飞机纵轴与地理子午线（经线）的夹角。o 迎角 ：飞机纵轴与迎面气

3、流之间的夹角，又称攻角或冲角。o 侧滑角 ：飞机横轴与侧向气流之间的夹角。o 偏流角 ：地速与空速之间的夹角。r102.2 空速测量(1)o 根据空速，飞行员可以判断作用在飞机上的空气动力情况，从而正确地操纵飞机；o 根据空速，可以计算出地速，从而确定飞机已飞距离和待飞距离。112.2 空速测量(2)o 飞机的空速可分为n (真)空速：飞机相对于空气运动的真实速度；n 指示空速：根据海平面标准大气条件下动压测定的空速，又称表速；n 马赫数：(真)空速与飞机所在高度的音速之比。122.2.1 空速测量的理论基础（1）o 假设气流是由许多流管组成的。o 机翼上表面气流流管细、流速快、压力低；机翼下

4、表面气流流管粗、流速慢、压力高。处于空气流管中的机翼（横向剖面）132.2.1 空速测量的理论基础（2）o 连续性定理（流管流速 与管截面 关系） 当空气稳定地流过直径变化的流管时，在同一时间内，流入任一截面的气流质量与从另一截面流出的气流质量相等，即 （如果气体密度不变）空气流管常数2211vSvSiviS142.2.1 空速测量的理论基础（3）o 伯努利定理（流速与压力的关系） 当空气稳定流动且绝热，又不考虑流体压缩效应（即密度 不变，流速小于300km/h）时，不同截面处气流所具有的静压和动压之和保持不变。此条件下的伯努利方程为： 常数2222222111vpvp152.2.1 空速测量

5、的理论基础（4）o 动压：由气体动能转变成的压力。o 静压（大气压力）：气体未受扰动时本身实际具有的压力。162.2.1 空速测量的理论基础（5）o 当气流速度较大（大于300km/h，但不超过音速），考虑到流体压缩效应（即密度变化），且压缩过程是绝热过程，则伯努利方程表示为： 其中， 为绝热系数，对于空气 。222211211212pkkvpkkvk4 . 1k172.2.1 空速测量的理论基础（6）o 当空气与飞机间的相对速度大于音速，将产生激波，激波后的空气压力、密度和温度将发生急剧变化，前述的伯努利方程已不适用。182.2.1 空速测量的理论基础（7）o 对于超音速流，空气的总压、静压

6、（即大气压力）与流速之间的关系： 即 其中， 为空气总压， 为空气静压，c为音速112122111222121111kkkkkksstcvkkcvkkppp1)7(922.1665 . 22227cvcvpppssttpsp192.2.1 空速测量的理论基础（8）o 空气中的音速 音波传递将扰动空气，使空气压力、密度发生变化。绝热过程中，音速表达式： (R为空气的气体常数) 音速在空气中表达式 其中， 为标准海平面的气温和相应的温度梯度，H为高度。HTc004680.20,0TssskRTpkc202.2.1 空速测量的理论基础（9）o 马赫数（空速与飞机所在高度的音速的比值） 在110002

7、0000m高度，cvMa 0695.295vMa 212.2.2 压力法空速测量原理（1）o 原理：通过测量空气压力来测量空速。o 测压元件：皮托管 (空速管)，即总静压管。 用皮托管引入气流来测量其压力。皮托管测压原理分界流管分界流管总压总压静压静压222.2.2 压力法空速测量原理（2）o 皮托管测压原理 皮托管由两个同心圆管组成。内管的端部对准气流，外管的端部封闭，但在外侧面开有许多圆形小孔。 当气流流过圆管时，被圆管前缘分为两部分：一部分流过圆管上部，另一部分流过圆管下部。中间存在一个分界流管，这个流管既不向上弯，也不向下弯，沿法向方向接近圆管，撞击在圆管上(A点)，气流受阻滞而完全失

8、去动能。232.2.2 压力法空速测量原理（3） A点称为停滞点或驻点。在A点，气流速度变为0，气流动能完全转变为压力能。这一点的压力 即为总压 。 由伯努利方程，I和II截面处 在截面III处，可认为气流未受扰动，即 所以，从皮托管外侧小圆孔引入的压力即为大气静压 。tptppvp221122pspppvv1313,sp242.2.2 压力法空速测量原理（4）o 飞行速度较小，不考虑空气压缩性 则 或 由 ，可得22vppsst),()(2sstsstppfppv),(2scscqfqvsssRTp),(sscTpqfv 252.2.2 压力法空速测量原理（5）o 飞行速度小于音速，但考虑空

9、气压缩性 根据气体状态方程，并假设空气压缩为绝热过程，有 则ssttppkkv12kststpp/1),(1) 1(21sstkkstssppfpppkkv262.2.2 压力法空速测量原理（6）由此，应用二项式定理),(11) 1(21ssckkscspqfpqRTkkv1211122kksccvkpq42224241121cvkcvvqsc272.2.2 压力法空速测量原理（7） 为压缩效应修正系数o 当飞行速度大于音速 或 ),(sstppfv),(sstTppfv )1 (2scqv4240141cvcv)1 (2scqv282.2.2 压力法空速测量原理（8） 为飞行速度大于音速时的

10、压缩效应修正系数：1492. 117459.23825 . 225cvcvcv292.2.3 热力法空速测量原理（1）o 原理：空气压力和密度与空气温度有关，故通过测量空气温度可测出空速。o 由于 ，飞行速度小于音速时，伯努利方程可写做 在驻点A处， 即RTp/2221211212RTkkvRTkkv2121112RTkkRTkkv121221TvkRkT302.2.3 热力法空速测量原理（2）o 驻点A的温度 由两部分组成，一部分是未受扰动气流的温度 ，即大气静温 ；另一部分由动能转换成热能所产生的温度，与流速有关，称为动力(附加)温度。驻点温度称为总温 ： 即 或2T1TsTtT221vk

11、RkTTst),(stTTfv 2211cvkTTst312.2.3 热力法空速测量原理（3）o 由于在驻点空气的动能不可能全部转换成热能（存在热损失），则 其中， 为阻滞系数或恢复系数。2211cvkTTst132空速指示器 （单位：节knots，即海里/小时）( (一一) )、指示空速表的基本工作原理、指示空速表的基本工作原理根据空速与动压的根据空速与动压的关系，利用全静压关系，利用全静压管测量动压可以表管测量动压可以表示空速。在静压和示空速。在静压和气温一定的条件下气温一定的条件下，动压的大小完全，动压的大小完全取决于空速，因此取决于空速，因此指针的角位移可以指针的角位移可以表示空速的大

12、小。表示空速的大小。2.2.4 空速表原理（1）( (二二) )、指示空速与真空速的关系、指示空速与真空速的关系当飞机周围大气参数不符合海平面标准大气条件时当飞机周围大气参数不符合海平面标准大气条件时，仪表指示不等于真实空速。，仪表指示不等于真实空速。飞机相对于空气运动的真实速度为飞机相对于空气运动的真实速度为真空速真空速；通过测；通过测量动压，按海平面标准大气条件下动压与空速的关量动压，按海平面标准大气条件下动压与空速的关系得到的空速为系得到的空速为指示空速指示空速。指示空速表的读数和求出的空速值之间的差值称为指示空速表的读数和求出的空速值之间的差值称为指示空速表的方法误差。该误差只能通过计

13、算修正指示空速表的方法误差。该误差只能通过计算修正，而真空速表是利用测量静压、气温和动压的大小，而真空速表是利用测量静压、气温和动压的大小自动修正而指示真空速自动修正而指示真空速的。的。2.2.4 空速表原理（1）352.2.4 空速表原理（1）o 通过测量动压、静压和静温得到（真）空速。o 在飞机上直接准确地测量静温也很困难，使这一测量原理较少应用。o 由于静温与静压存在对应关系，可将静温量转换为静压量，从而简化测量。通过感受动压、静通过感受动压、静压、静温测量真空压、静温测量真空速原理图速原理图通过感受动压、静压测量通过感受动压、静压测量真空速原理图真空速原理图372.2.4 空速表原理（

14、2）o 原理：通过测量动压和静压得到空速。 则 其中，K为常数。 ),(sscTpqfv ngRssppTT/004 . 05 . 0)/1 (/002scgRscgRpqKpqpRTvnn382.2.5 机械式组合空速表（1）组合空速表真空膜盒真空膜盒开口膜盒开口膜盒拨杆拨杆扇形齿轮扇形齿轮扇形齿轮扇形齿轮垫垫棍棍拨杆拨杆392.2.5 机械式组合空速表（2）o 开口膜盒2感受动压，真空膜盒1感受静压 开口膜盒的位移与动压关系： 真空膜盒的位移与静压关系：o （真）空速由真空膜盒1、开口膜盒2驱动，并垫棍14、拨杆13、15实现除法运算后，由拨杆6、7和扇形齿轮8，空套齿轴11和指针10指示。o 指示空速由开口膜盒2驱动拨杆3、4，扇形齿轮12，细齿轮5和指针9指示。5 .011cqKx 4 .022spKx 402.2.6 指示空速测量（1）o 空速的表达式可归结为: 其中， 分别为飞机所在处的大气静压、密度和压缩效应修正系数。o 指示空速的表达式 其中， 分别为标准海平面上的大气静压